Установка для переработки отходов слюдопластового производства (стр. 15 из 21)
Часовая объемная производительность сушильной установки:
Q = G/rн = 143/500 = 0,286 м3/час, (3.10.1)
где rн = 500 кг/м3 - насыпная плотность слюды.
По объемной производительности выбираем к установке для загрузки сушилки винтовой питатель типа Ш3-15, его технические характеристики приведены в таблице 3.10.1.
Таблица 3.10.1 Технические характеристики Ш3-15
| Производительность, м3/час | 0,1  5 |
| Диаметр шнека, мм | 150 |
| Мощность привода, кВт | 0,75 2,2 |
| Крупность материала, мм | до 0,5 |
Для разгрузки сушилки выбираем шлюзовой питатель типа ПШ1-250, его технические характеристики приведены в таблице 3.10.2.
Таблица 3.10.2 Технические характеристики ПШ1-250
| Производительность, м3/час | 0,18  1,65 |
| Частота вращения ротора, об/мин | от 2,5 5 |
| Мощность привода, кВт | 0,55 |
| Частота вращения двигателя синхронная, об/мин | 1000 |
4. КОНСТРУКТИВНЫЕ РАСЧЕТЫ
4.1 Расчет сушилки кипящего слоя
4.1.1 Выбор материала аппарата
Среда, в которой работает аппарат, не является агрессивной, поэтому нет потребности в материале, обладающим повышенной стойкостью в химически активных средах. С другой стороны необходимо подобрать материал, который был бы жаростоек, т.к. сушилка работает в условиях повышенной температуры до 350 °С. Наиболее целесообразно выполнить аппарат из качественной углеродистой конструкционной стали 20К или низколегированной конструкционной стали для сварных конструкций 16ГС. Сталь 20К характеризуется хорошим сочетанием механических и механо-технологических свойств. Назначение - обечайки, днища, крышки, плоские фланцы и другие детали аппаратов, работающих при температуре от - 40 °С до 450 °С. Свариваемость - без ограничений, способы сварки: АДС под флюсом с газовой защитой, РДС, ЭШС. Сталь неустойчива во многих агрессивных средах, однако в некоторых средах она показывает удовлетворительную устойчивость. Назначение стали 16ГС аналогично назначению 20К. Из стали 16ГС изготовливают элементы сварных конструкции, работающие при температуре от - 70 °С до 475 °С. Сваривается без ограничений, также как и 20К неустойчива во многих агрессивных средах. Допускаемые напряжения при 350 °С для проката из стали 16ГС выше, чем из стали 20К, соответственно 140 МПа против 106 МПа. Следовательно применение стали 16ГС сделает аппарат более легким, а значит и более дешевым, так как разница в цене этих сталей незначительна. Таким образом, для изготовления корпуса сушилки с кипящим слоем используем низколегированную конструкционную сталь для сварных конструкций 16ГС.
4.1.2 Расчет толщины обечайки
Толщину стенки цилиндрической части сушилки определяем согласно нормам и методам расчета по ГОСТ 14249-89 «Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность».
Толщина цилиндрической обечайки рассчитывается по формуле:
s
sp + c,(4.1.2.1)где sp - расчетная толщина стенки;
с - суммарная прибавка к расчетной толщине стенки.
Расчетная толщина стенки - это минимальное значение толщины стенки, которое должно остаться у оболочки на исходе расчетного срока службы, чтобы обеспечить ей эксплуатационную прочность с максимально возросшим в её материале значением напряжения, равном допускаемому напряжению в потенциально опасном месте (сечении). С учетом этого расчетная толщина стенки цилиндрической обечайки определяется по формуле:
sp = (р∙D)/(2∙[σ]∙φ-p),(4.1.2.2)
где р - расчетное давление;
Аппарат работает под небольшим избыточным давлением, обусловленным работой вентилятора высокого давления. С учетом суммарного аэродинамического сопротивления имеем:
p = pатм + pизб = 0,1 + (0,01-0,005565) = 0,105 МПа;
D - диаметр цилиндрической части аппарата, равный 0,53 м по (3.5.3.29);
[σ] - допускаемое напряжение для проката из стали 16ГС при температуре 350 °С, равное 140∙106 Па, согласно ГОСТ 14249-89;
φ - коэффициент прочности стыкового сварного шва, выполняемого вручную с одной стороны, равный 0,9 по ГОСТ 14249-89.
sp = (105∙0,53)/(2∙140∙106∙0,9-10,55) =(4.1.2.3)
= 0,0002 м = 0,2 мм.
Суммарная прибавка к расчетной толщине стенки:
с = с1 + с2 +с3, (4.1.2.4)
где с1 - прибавка для компенсации коррозийно-эрозийного износа стенки проката в рассматриваемом сечении;
с2 - прибавка для компенсации минусового допуска по толщине стенки проката, используемого для изготовления аппарата, равная 1 мм.
с3 - прибавка для компенсации технологического утонения стенки проката в рассматриваем сечении при изготовлении из него рассчитываемого элемента, равная нулю для цилиндрической обечайки.
Прибавку с1 определяем по формуле:
с1 = П∙τ, (4.1.2.5)
где П - интенсивность (скорость) корозийно-эрозийного износа стенки, равная 0,1 мм/год; τ - расчетный срок службы, равный 30 годам.
Тогда с1 = 0,1∙30 = 3 мм. (4.1.2.6)
Таким образом, суммарная прибавка к расчетной толщине стенки:
с = 3 + 1 + 0 = 4 мм.(4.1.2.7)
Тогда толщина стенки (исполнительное значение):
s
0,2 + 4 = 5 мм.(4.1.2.8)Принимаем исполнительную толщину стенки, равной 5 мм.
Исполнительную толщину стенки конической обечайки находим по формуле аналогичной (4.1.2.1):
sp = (р∙D)/((2∙[σ]∙φ-p)∙cosα), (4.1.2.9)
sp = (10,55∙0,53)/((2∙140∙106∙0,9-10,55)∙cos10°) = (4.1.2.10)
= 0,0002 м = 0,2 мм.
С учетом прибавок, толщина будет равна так же 5 мм. Принимаем толщину обечайки во всех сечениях равной 5 мм.
Снизу аппарат закрыт плоским круглым неотбортованным днищем по ГОСТ 12622-78, приваренным непосредственно к обечайке, а сверху - коническим отбортованным с углом при вершине 120° по ГОСТ 12623-67.
4.1.3 Расчет толщины газораспределительной решетки
Рассчитаем толщину газораспределительной решетки. Номинальная расчетная толщина плоской цельной круглой решетки s' (м), опирающейся по окружности на какое-либо опорное устройство и не имеющей дополнительных опор в виде ребер, балок и т.д., определяется по формуле:
s' = 0,45∙Dр∙(p/σи∙φ0)0,5 *, (4.1.3.1)
где Dр - диаметр решетки;
σи - допускаемое напряжение на изгиб для материала решетки, стали 16ГС;
p - давление на решетку от силы тяжести слоя материала и массы собственно тарелки с учетом дополнительных нагрузок;
φ0 - коэффициент ослабления решетки отверстиями.
φ0 = (t - d)/t, (4.1.3.2)
где t - расстояние между центрами отверстий в тарелке, равное 0,15 м;
d - диаметр отверстий, равный 0,047 м по (3.5.3.33),
φ0 = (0,15 - 0,047)/0,15 = 0,69. (4.1.3.3)
* Получена из формулы (1) табл. 26
с введением в знаменатель подкоренного выражения коэффициента φ.Диаметр решетки принимают на 1
3% больше наружного диаметра цилиндрической обечайки:Dр = 1,02∙ Dн, (4.1.3.4)
где Dн - наружный диаметр обечайки, равный сумме внутреннего диаметра и толщины стенки, Dн = D + 2∙s = 0,53 + 2∙0,005 = 0,54 м; (4.1.3.5)
D - диаметр аппарата, равный 0,53 м по (3.5.3.29);
s - толщина стенки цилиндрической обечайки, равная 0,005 м по (4.1.2.8).
Dр = 1,02∙ 0,54 = 0,55 м. (4.1.3.6)
Обычно считается, что для сталей предел выносливости при изгибе составляет, грубо говоря, половину от предела прочности:
σи
(0,4 
0,5) σвр, (4.1.3.7)где σвр - предел прочности для стали 16ГС при температуре 350 °С, равный 140 МПа.
Так как сталь низколегированная, то выбираем нижнюю границу:
σи = 0,4∙140 = 56 МПа. (4.1.3.8)
Находим значение давления на газораспределительную решетку. По (3.5.3.19) масса сухой слюды, находящейся на решетке равна 71,3 кг. С учетом находящейся на решетке влаги и веса самой решетки масса будет равна более 100 кг, но так как материал частично в определенный момент времени находится во взвешенном состоянии, принимаем расчетную массу равной 100 кг. Тогда вес равен 981 Н, а давление на единицу площади газораспределительной решетки:
р = Р/Sр, (4.1.3.9)
где Sр - площадь решетки, равная 2πr2, равная 1,7 м2;
р = 981/1,7 = 577 Н/м2 = 0,000577 МН/м2.(4.1.3.10)
Таким образом (4.1.3.1) принимает вид:
s' = 0,45∙0,55∙(0,000577/56∙0,69)0,5 = 0,001 м.(4.1.3.11)
С учетом прибавок на компенсацию коррозийного износа, минусового допуска, влияния абразивных свойств слюды принимаем толщину газораспределительной решетки равной 5 мм. [18]
4.1.4 Расчет штуцеров и подбор фланцев
Диаметр штуцеров для входа и выхода теплоносителя рассчитываем по формуле:
d = (G/(0,785∙ρ∙ω))0,5,(4.1.4.1)
где G - массовый расход теплоносителя, равный 0,23 кг/с по (3.5.2.19);
ρ - плотность теплоносителя, равная на входе и выходе в сушилку 0,584 и 0,944 кг/м3 соответственно по (3.5.1.2.31) и (3.5.3.2);
ω - скорость движения теплоносителя в штуцере, принятая равной 25 м/с.
Диаметр входного штуцера:
d1 = (0,23/(0,785∙0,584∙25))0,5 = 0,14 м.(4.1.4.2)
Диаметр выходного штуцера:
d2 = (0,23/(0,785∙0,944∙25))0,5 = 0,11 м.(4.1.4.3)
Рассчитываем диаметры штуцеров для подачи влажной слюды в аппарат со скорость 0,01 м/с: